液压传动系统的定义及工作原理

1.1　液压传动系统的定义及工作原理

液压传动系统是由一些功能不同的液压元件组成，在密闭的回路中依靠运动的液体的压力能进行能量传递，通过对液体的相关参数（如压力、流量等）进行调节和控制，以满足工作装置输出力、速度（或转矩、转速）的一种传动装置。液压传动系统的类型很多，应用范围也十分广泛，下面以图1－1所示的液压千斤顶工作原理图为例来说明其工作原理。

图中，当向上提升杠杆1时，小缸3内的小活塞2上移，小缸下部因容积增大而形成真空，此时单向阀5关闭，油箱10内的液压油通过油管和单向阀4被吸入到小缸下腔并充满腔体。当向下压杠杆1时，小活塞2下移，液压油被挤出，压力升高，此时单向阀4关闭，小缸3内的液压油顶开单向阀5进入大缸6的下腔，迫使大活塞7向上移动举起重物8。这样，经过反复提升和下压杠杆，就能将油箱的液压油不断吸入小缸，压入大缸，推动大活塞逐渐上移而将重物举起。为把重物从举高的位置顺利放下，系统设置了截止阀（放油螺塞）9。

图1－1　液压千斤顶工作原理图

1—杠杆；2—小活塞；3—小缸；4、5—单向阀；6—大缸；7—大活塞；8—重物；9—截止阀；10—油箱

1.1.1　压力与负载的关系

在图1－1中，设小活塞和大活塞的面积分别为A1和A2，作用在大活塞上的外负载为G，施加于小活塞上的作用力F₁，则小腔（小缸3）的压力p₁＝F₁/A1，在大腔（大缸6）中所产生的液体压力（压强）p₂＝G/A₂（忽略活塞自重、摩擦力等）。根据帕斯卡原理：加在密封容器中的压力（压强）能够按照原来的大小向液体的各个方向传递，即p₁＝p₂＝p。若忽略压力损失，则可以表示为

式（1－1）表明，在A1、A2一定时，负载G越大，系统中的压力p也越高，外界对系统的作用力F₁也就越大，所以系统的压力p取决于外负载的大小。式（1－2）表明，当A1/A2＜1时，作用在小活塞上一个很小的力F₁，便可以在大活塞上产生一个很大的力，以举起重物G。

1.1.2　速度与流量的关系

在图1－1中，若不计液体的泄漏、可压缩性和系统的弹性变形等因素，则从小缸中排出的液体体积一定等于进入到大缸中的液体体积。设小缸、大缸活塞运动一次的位移分别为s₁、s₂，则有

将式（1－3）两边同时对活塞运动的时间求导，得

式（1－5）是液压传动中速度调节的基本公式，表明调节进入液压缸的液体流量，即可调节活塞的运动速度。由此可见：在液压传动系统中，执行机构的运动速度取决于输入流量的大小。

1.1.3　能量转换关系

由图1－1可知，系统的能量是守恒的。

系统输入功率为

系统输出功率为

在不考虑系统其他能量损失的情况下，P_i＝P_o＝P，都等于液压传动的功率，即

式（1－8）表明，液压传动的功率等于液体的压力p和流量q的乘积。所以压力和流量是液压传动中的两个重要的基本参数。它们相当于机械传动中直线运动的力和速度，旋转运动中的转矩和转速。